據麥姆斯谘詢報道，人們對平板電腦、手機、手表和其他可穿戴設備的需求趨向功能複雜但結構緊湊，因此半導體芯片和封裝後器件的尺寸不斷縮小對微電子技術發展的重要性不亞於摩爾定律的重要意義。先進封裝技術趨勢為激光器發展創造了大量機會，因為他們能力非凡，能夠在最小熱影響區（HAZ）執行各種材料的高精度加工任務。因此，激光器在晶圓切割、封裝切割（singulation）、光學剝離，μ－via鑽孔、重分布層（RDL）結構化、切割帶切割（EMI屏蔽）、焊接、退火和鍵合等方麵使用越來越廣泛，在此僅舉幾例。本文詳細闡述了三種截然不同的基於激光的工藝，用於各種充滿活力的應用領域。

納秒和皮秒激光器用於(yu) 係統級封裝（SiP）切割

SiP技術可幫助高端可穿戴設備或便攜式設備實現體(ti) 積微型化、功能高度集中。SiP器件由各種電路組件組成，例如處理器、存儲(chu) 器、通信芯片和傳(chuan) 感器等，組裝在嵌入式銅線的PCB基板上。所有器件的組裝通常被封裝在模塑複合材料裏，並添加具有電磁屏蔽功能的外部導電塗層。SiP器件厚度約1mm，其中模塑複合材料厚度約占一半。

在製造過程中，一開始多個(ge) SiP器件製作在一塊大麵板上，最後再被分割成單個(ge) 器件。此外，某些情況下，在器件中，溝槽會(hui) 直接深入到模塑複合材料，直到連接到銅接地層。該工藝在導電屏蔽層覆蓋器件之前完成，導電屏蔽層主要用於(yu) 完全覆蓋SiP區域，使得與(yu) 其他高頻元器件隔離。

對於(yu) 切割和開槽，切口位置和深度都必須精確，不能有炭化，更不能有碎屑。此外，諸如熱損傷(shang) 、分層或微裂紋等切割過程中產(chan) 生的問題，都會(hui) 對電路造成不可挽回的後果。

目前，具有納秒脈衝(chong) 寬度的20－40W紫外固態激光器（例如Coherent AVIA）是SiP切割的主要工具。然而，對於(yu) 納秒源，需要平衡輸出功率和切割質量（特別是邊緣質量和碎片形成）。因此，僅(jin) 通過施加更多激光功率是不能輕易提高處理速度的。

因此，如果對切割質量要求極高，可以選擇532 nm（綠色）超短脈衝(chong) （ultra－short pulse，簡稱USP）激光器替代，例如Coherent HyperRapid NX皮秒激光器或Monaco飛秒激光器。與(yu) 納秒激光器相比，它們(men) 的切口更小，可以減少HAZ和碎片量，在某些情況下甚至可以提高產(chan) 量。但是，USP源唯一的缺點就是它們(men) 的投入成本較高。

圖1：用皮秒（上圖）與(yu) 納秒（下圖）切割的1．2mm厚SiP材料的橫截麵示意圖

準分子激光器用於(yu) RDL

RDL是實現微電子領域中幾乎所有先進封裝的關(guan) 鍵技術，包括倒裝芯片、晶圓級芯片封裝、扇出型晶圓級封裝、嵌入式IC和2．5D ／ 3D封裝等。RDL是通過圖案化金屬和介電層對電路進行布線，可以使每顆矽基芯片連接到其他芯片。以這種方式，RDL就可重新規劃管芯的輸入／輸出路線。

目前，大多RDL是用“光刻定義(yi) ”電介質構造的，其中所需的電路圖案先通過光刻印刷，然後再用濕法刻蝕去除曝光或未曝光區域來獲得的。但是光刻定義(yi) 聚合物有幾個(ge) 缺點，比如成本高、加工複雜以及熱膨脹係數（CTE）與(yu) 鍵合材料不匹配等。此外，由於(yu) 光刻膠殘留引起的電路故障，會(hui) 存良好管芯失效的風險。

如今，有一種新的解決(jue) 方案誕生，它可通過使用合適的非光電介質材料，采用308nm準分子激光器進行直接燒蝕構圖。這些非光電介質的成本遠低於(yu) 光刻定義(yi) 的材料，而且其產(chan) 生的應力更小，CTE匹配更好，機械和電氣性能更佳。在這裏，激光通過包含所需圖案的光刻版投射，然後燒灼襯底（比投影圖案大），移動，再燒蝕，直到所有區域都被圖案化。準分子激光燒蝕是一種經濟的高通量圖案化方法，因為(wei) 它比光刻定義(yi) 的電介質圖案化方法步驟少，無需使用濕法化學品，堪稱“綠色”工藝。

基於(yu) 準分子激光的RDL結構工具已經在基於(yu) Coherent LAMBDA SX係列激光器的基礎上投入使用。這些準分子激光器的高脈衝(chong) 能量（＞ 1 J）和重複頻率（300 Hz）可為(wei) 低至2μm的特征尺寸提供快速產(chan) 出量。此外，準分子激光燒蝕的優(you) 勢還表現在對特征深度和“側(ce) 壁角”的出色控製上。而後者尤為(wei) 重要，由於(yu) 大角度圖形兩(liang) 側(ce) 的“陰影”會(hui) 對隨後的金屬濺射或氣相沉積過程產(chan) 生負麵影響。

圖2：準分子激光燒蝕在聚酰亞(ya) 胺中製作出無缺陷的微型圖形（圖片來源：SUSS Microtec）

CO2和CO激光器用於(yu) LTCC切割和打孔

如今眾(zhong) 多封裝應用都涉及低溫共燒陶瓷（LTCC），它作為(wei) 電力或通信器件的微電子基板越來越受歡迎。LTCC被加工成綠色（未燒製）的陶瓷，通常在50μm至250μm範圍內(nei) ，厚度約為(wei) 40μm至60μm的氯化聚乙烯（PET）磁帶層上製造。在LTCC電路製造中，激光器主要用於(yu) 劃片（切割）和鑽通孔兩(liang) 種工藝過程。

追溯曆史，CO2激光器一直都用於(yu) LTCC切割。先用激光產(chan) 生一排緊密間隔的孔，這些孔穿透到襯底中層（如劃片槽），然後再使用機械力沿著該劃片槽將材料折斷。

如今，CO激光器作為(wei) CO2激光器的替代品，吸引了越來越多的關(guan) 注。幾年前由Coherent引入市場的工業(ye) CO激光器與(yu) CO2技術類似，不同之處在於(yu) CO激光器的輸出波長約為(wei) 5μm。該較短波長在LTCC中的吸收明顯低於(yu) 10．6 ?m的CO2波長。這使得激光能夠進一步滲透到基板中，劃片深度更深，這樣可使材料更容易斷裂（見圖3）。而且，較低的吸收也會(hui) 產(chan) 生較小的HAZ。

一直以來，LTCC鑽通孔也依賴於(yu) CO2激光器。但是對於(yu) 這個(ge) 技術，綠色波長USP激光器可能會(hui) 成為(wei) CO2的首選替代品。這是因為(wei) USP激光器可完美平衡質量和產(chan) 出率之間的矛盾。具體(ti) 而言，一台50W綠色USP激光器可以在0．60mm陶瓷中以超過每秒2000個(ge) 孔的速率生產(chan) 30μm的通孔。但是，另一方麵，CO激光器同樣也可以替代USP激光器。CO激光器已被證明可以在0．65mm厚的燒製陶瓷中以高於(yu) 1000個(ge) 孔／秒的速率產(chan) 生大於(yu) 40μm的通孔。因此，根據陶瓷的厚度和所需的直徑，USP和CO激光器都是LTCC鑽通孔的最佳選擇。

圖3：0．6mm厚切割LTCC橫截麵。比較顯示，CO激光器的切割由於(yu) 其在陶瓷中的吸收較低，能夠進一步穿透並產(chan) 生更高縱橫比的通孔。在入口處和直徑較大的孔處，CO2工藝也顯示出更多的炭化。

基本優(you) 勢相似

總之，雖然目前半導體(ti) 封裝使用多種激光技術，但它們(men) 都具有相似的基本優(you) 勢。具體(ti) 而言，這些包含產(chan) 生高精度特征的非接觸式加工，通常對周圍材料的影響很小，而且產(chan) 量較高。此外，激光加工是“綠色”的，因為(wei) 它無需使用危險或難以處理的化學物質。